光控技术的智能工业应用

光控技术的智能工业应用-机械制造论文

光控技术的智能工业应用

撰文/ 齐键

22015 年12 月16 日，德州仪器（TI）在北京举行了“TIDLP 产品先进光控创新技术研讨会”。会上，德州仪器（TI）DLP 产品中国区业务拓展经理郑海兵对DLP 技术在3D 打印、机器视觉、光谱分析和高光谱成像等多个领域的应用现状与前景进行了介绍，并展示了利用DLP 先进光控创新技术为诸多工业应用打造高性能且差异化的解决方案。

什么是DLP ？

DLP 技术是德州仪器拥有的一项重要专利技术。DLP技术的核心是DMD 芯片，DMD 芯片的构造包括电子电路、机械和光学三部分，电子电路部分为控制电路，机械部分为控制镜片转动的结构部分，光学器件部分是指镜片部分。这项技术可以在微M级的空间内，对大量极微小的微镜单元实现精密控制，操作它们的动作与姿态，从而精确控制光路。

当DMD 正常工作的时候，光线经过DMD 芯片，DMD 表面布满了体积微小的可转动镜片便会通过转动来反射光线，每个镜片的旋转都是由电路来控制的。每个镜子投射的光线反射到不同的角度实现最终的影像显示。

1977 年，德州仪器的Larry Hornbeck 博士开始从事运用反射控制光线投射的原理研究，并于1987 年成功研制出了世界上第一款以光学半导体DMD 芯片为核心的DLP 投影系统。最早的DMD 芯片使用的是模拟技术驱动，反射面是采用一种柔性材料，在当时被称为“变形镜器件”（DeformableMirror Device）。经过深入地研究改进，Larry Hornbeck博士以数字控制技术取代

了模拟技术，开发出了新一代DMD器件，并命名为“数字微镜器件”。经过几十年的不断改进与革新，应用DMD 芯片的DLP 系统，在全世界的众多光学电子仪器中得到了广泛地应用。2015 年2 月7 日，Larry Hornbeck 博士更是因为DLP 技术对电影产业的杰出贡献，被美国电影艺术与科学学院授予了奥斯卡金像奖的科学技术奖。

在改变投影放映行业的同时，德州仪器一直在积极地将DLP 技术应用到更广泛的工业领域中。据郑海兵介绍，DLP 技术在工业领域应用的主要优势在于：微镜偏转速度快、波长范围广和微镜的可控制性强。首先，微镜的偏转速度非常快，在很多工业领域都需要应用到实时控制和显示，DLP 的快速响应能力可以快速高效地满足实时需求；其次，在光波频率方面，新近推出的DLP2010NIR 支持700 ～2500 纳M的光波范围，并具有针对非可见光谱分析的芯片，满足用户对非可见光应用的需求；同时，DLP技术可以实现对每个微镜的单独控制，能够有选择性地控制要显示的内容。

完全可编程的便携光谱分析设备

超便携光谱分析的应用是DLP 未来市场中的一个重要领域。研讨会上，郑海兵展示了为手持近红外（NIR）传感应用开发的DLP2010NIR 芯片组。DLP2010NIR 是一款完全可编程的微机电系统（MEMS）芯片组，其可以支持700 ～ 2500 纳M波长范围的光谱分析。并具有低功耗、可编程高速模式和最新的5.4 微M像素等特点，可实现紧凑型的光学设计。

在光谱分析中，DLP 技术中核心的DMD 可帮助实现高性能的液体和固体分析。在分析过程中，DLP 微镜阵列作为一个可编程波长选择滤波器，不仅可以提供更高的波长分辨率、更大的探测面积和更高的光捕获效率，还可实现更

好的信噪比（SNR）指标，可被用于设计高性能、可靠、灵活和经济的光谱分析解决方案。

与传统光谱分析方法相比，DLP 技术的主要优势在于便携性，DLP2010NIR 芯片组的尺寸十分小巧，可以集成到手持设备甚至手机当中，其应用可以从专业设备延伸到消费电子产品当中。同时，DLP2010NIR 芯片组可以与蓝牙和采用蓝牙低功耗技术的DLP NIRscan 超便携评估模块（EVM）组合使用，帮助工程人员设计便携分析仪器的原型，从而加快超便携光谱仪的开发进程。DLP2010NIR 芯片组可以应用于光谱仪和化学成份分析仪器，应用涵盖农业、餐饮、石油化工、医疗及皮肤护理等行业。

更精准、更平滑的3D 打印机

德州仪器在2015 年10 月推出了针对3D 打印和平板印刷应用开发的新一代光固化打印核心芯片组——DLP9000X。其应用领域可以覆盖3D 打印、直接成像平板印刷术、激光打标、LCD/OLED 修复、快速成型打印机、3D 机器视觉以及高光谱成像等。

DLP9000X 芯片组由DLP9000X 数字微镜器件（DMD）和全新的DLPC910 控制芯片组成。其有效光波范围为400~700 纳M，可以支持405 纳M波长的常用激光。DLP9000X 的微镜阵列分辨率高达2560×1600，而微镜阵列尺寸只有0.9 英寸，像素点距7.6 微M，打印光头数量较DLP9500 减少了一半，可以支持1 微M以下的打印特征尺寸。与现有的DLP9000 不同，DLP9000X 的最高数据速率支持为60Gbps，连续数据流支持是DLP9000 的5 倍。

常用的3D 打印设备采用材料快速溶解和涂抹的方式，难免产生精细度

低，打印时间长等问题。基于光敏材料和DLP 技术的光固化打印则可以有效地解决这些问题，DLP技术提供的大规模微镜阵列能够提高3D 打印的体像素，通过DLP 芯片组构建的紫外线影像对材料进行曝光，材料随着紫外影像的刷新，分层凝固，逐层下沉，并最终实现紫外影像所绘制的产品。在分层照射过程中，DLP 提供的精确微镜控制能力，则可以提高3D 打印产品的平滑度和精确度。

德州仪器（TI）DLP 产品中国区业务拓展经理郑海兵说：“德州仪器看到了光谱分析和3D 打印在工业及民用领域的巨大潜力。我们希望通过DLP 产品本身的技术优势和客户一起做产品的创新，并通过评估模块和广泛的生态系统帮助客户加快产品的上市。”